В настоящее время станок с числовым программным управлением (ЧПУ) является основным производственным модулем современного производства. Станки с ЧПУ используются как для автоматизации мелкосерийного или штучного производства, так и для производства больших серий. Процесс развития систем числового программного управления существенным образом связан с общими тенденциями разработки новых поколений микропроцессоров, каналов передачи информации и программного обеспечения. Вследствие процессов, происходящих в экономике России в последнее время, определяющим стало применение импортной микропроцессорной и компьютерной техники. Спад производства базовых отраслей отечественной промышленности привел к существенному отставанию машиностроения, в том числе, производства станков с ЧПУ. В действующем производстве до сих пор работают значительное количество станков со старыми моделями устройств числового программного управления (УЧПУ). Типичная структурная схема устройства числового программного управления старого поколения типа 2С-42-65. Устройство является контурно-позиционным со свободным программированием алгоритмов. Количество управляемых координат – до 8. Одновременное управление при линейной интерполяции обеспечивается по 4-м координатам, а при круговой интерполяции – по 2-м координатам. Одноплатная микроЭВМ МС 12.02 реализована на базе процессора 1801ВМ02. Обмен информацией между микро ЭВМ и внешними устройствами осуществляется по каналу ЭВМ типа «Общая шина». Для увеличения нагрузочной способности и емкости памяти используется расширитель канала (РК). Конструктивно ЧПУ содержит 2 корзины. Одна из них предназначена для установки блоков общесистемного пользования, а вторая предназначена для установки специальных блоков для управления станком. На станочной магистрали находятся блоки входных и блоки выходных сигналов, с помощью которых реализуется программная реализация задач логического управления. Это функции управления – электроавтоматики станка. Формирование аналоговых сигналов управления приводами подач и главного движения осуществляется через цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) – группа «Привод». Для реализации обратных связей по положению используется преобразователи фаза-код (ПФК), составляющие группу «Датчики». Для ре- шения задач адаптивного управления (например, систем стабилизации мощно- сти резания) могут быть использованы аналого-цифровые преобразователи (АЦП) – группа «Адаптивное управление». Пульт управления (ПУ) содержит набор алфавитно-цифровых клавиш, с помощью которых можно осуществлять ввод управляющей программы. Кроме того, имеются функциональные клавиши, с помощью которых задается режим работы УЧПУ и определяются специальные функции, соответствующие поиску, редактированию управляющих программ. Пульт коррекции (ПК) представляет собой набор декадных переключателей, с помощью которых можно осуществлять изменение значений скорости подачи и скорости вращения главного движения в процентном соотношении. Для отображения текущего значения координат и технологических пара- метров используется алфавитно-цифровой дисплей – блок отображения сим- вольной информации (БОСИ). Для ввода и вывода управляющей программы могут быть использованы фотосчитывающее устройство (ФСУ) и ленточный перфоратор (ПЛ). В качестве носителя информации в этом случае используется перфолента. Другой вариант ввода-вывода информации основан на использовании канала последовательной связи (ИРПС – интерфейс радиальной последовательной связи). Для увеличения быстродействия используют аппаратный блок умножения (БУ) и блок преобразования кодов (БПК). Базовое программное обеспечение УЧПУ записывается в постоянное за- поминающее устройство (ПЗУ) и представляет собой набор подпрограмм, реализующих так называемые подготовительные G и вспомогательные функции M, а также сервисные функции по отработке управляющей программы. Управляющая программа представляет собой последовательность кадров, определяющих траекторию движения инструмента. В кадре c помощью G и M- функций определяется тип интерполяции (линейная, круговая), перемещения по координатам, скорости подач и частоты вращения привода главного движения, тип и коррекция на вылет режущего инструмента и другая информация, определяющая работу на участке траектории. Рассмотрим отработку управляющей программы с точки зрения функционирования и использования блоков УЧПУ. Основное машинное время при отработке кадра затрачивается на расчет траектории движения инструмента. Движение по траектории в общем случае включает в себя участки разгона и торможения. Согласование движения по координатам и формирование задающих воздействий осуществляется программным интерполятором, который разворачивает требуемую траекторию во времени по прерываниям от таймера. Отработка этой траектории осуществляется следящими приводами подач. Сигнал ошибки по положению формируется программным способом, а затем выдается через ЦАП в качестве сигнала управления скоростью электропривода. Привод подачи (главного движения) при этом представляет собой автономное устройство, которое должно быть замкнуто об- ратной связью по скорости. Работа интерполятора должна осуществляться в реальном масштабе времени. При использовании численных методов интегрирования шаг интегрирования определяется периодом прерывания от таймера. Для обеспечения частоты среза приводов порядка 50 Гц прерывания от таймера должны производится на частоте не менее 100 Гц. Во время отработки текущего кадра в фоновом режиме происходит под- готовка информации для следующего кадра. Этот этап называется «Интерпретация кадра». Он включает в себя преобразование символьной информации в числовую. Числовая информация вводится в десятеричной системе счисления. Вначале символьная информация преобразуется в двоично-десятичную систему, а затем с помощью БПК – в двоичную. Аналогичная задача преобразования информации возникает и в каналах обратной связи по положению. Контроль положения осуществляется в двоично-десятичном коде. Для согласования ин- формация с преобразователя фаза-код преобразуется к машинному (двоичному) представлению. При выводе информации возникает обратная задача – преобразование двоичной информации в двоично-десятичные числа, а затем в символьное представление. Элементная база рассмотренного УЧПУ устарела, особенно это относится к устройствам ввода-вывода информации, носителям информации (перфоленте и магнитной ленте), используемым микросхемам памяти оперативных и постоянных запоминающих устройств.
